JPH07319320A - 電子写真プロセスを用いた定着装置の制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 熱源を有する定着ローラとこの定着ローラに
加圧接触させた加圧ローラとのローラ対を備えて加熱・
加圧方式により画像を画像支持体上に定着させる電子写
真プロセスを用いた定着装置において、定着ローラの温
度制御を適正に行い、高精度かつ高品質な定着画像が得
られるようにすること。 【構成】 定着ローラ２の温度情報を取得する温度情報
取得手段１１と、取得された温度情報に基づき熱源１の
必要な発熱量を計算するニューラルネットワークを備え
てその計算結果に基づき熱源１の発熱量を制御する計算
制御手段１３とを設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電子写真プロセスによ
って画像の複写、印刷等を行う複写機、プリンタ、ファ
クシミリ等の画像形成装置であって、加熱・加圧方式を
利用して定着を行う電子写真プロセスを用いた定着装置
の制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、電子写真プロセスにおける定着
工程は、転写紙などの画像支持体上に転写され静電気力
や分散力により付着している粉体（トナー）画像を、通
常の取り扱いを受けても変形・移動が生じないように画
像支持体上に固定させることが、主な役割である。

【０００３】ここに、画像支持体とトナーとの間に十分
な結合力を得るために、定着工程ではトナーを固体から
液体に相変化させるか、トナーを塑性変形させて、画像
支持体との接触面積を広げ、両者間に分子間力や機械的
結合力を発生させることにより接着固定を行う。また、
トナー画像は粉体の集合であったものが、定着工程を経
ることにより変形し画像としての構造変化が生じ、画質
を最終的に定める工程としても重要な役割をなす。

【０００４】このようなことから、定着工程では、 （１） トナーへのエネルギーの伝達 （２） トナーの流動・変形 が重要な要素となる。この内、エネルギーの伝達には
熱、圧力或いは溶剤などの手段が用いられ、中でも、熱
と圧力とを併用する方法が最も多用されている。

【０００５】次いで、代表的な乾式トナーの定着機構に
ついて、その特徴を説明する。乾式トナーの定着方式
は、熱、圧力、溶剤の３種類に分類できる。

【０００６】Ａ．赤外線ランプ方式 赤外線ランプから出る輻射熱によってトナーを定着させ
る非接触型のものである。熱源となる石英ランプは反射
組立体内に取り付けられ、用紙を裏面から加熱する支持
プラテンと対向する位置に組み付けられている。この方
式に関しては、例えば電子写真学会の「電子写真技術の
基礎と応用」（以下、「文献１」と云う）中の３１８頁
の図４．１６５に示されている。この方式は、低濃度部
及び細線が、高濃度部やベタ画像部に比べて熱吸収量が
少なく定着不十分になる傾向にある。

【０００７】Ｂ．キセノンフラッシュ方式 被照射面で約２Ｊ／cm² に相当する輻射をキセノンラン
プから約１msec程度照射させると、トナーの表層部のみ
が熱吸収して、約７００℃の高温になり、時間とともに
トナー内部の温度が上昇することにより定着するという
方式である。この方式に関しては、前記文献１中の３１
９頁の図４．１６６に示されている。この方式の場合、
照射エネルギーが大きいほど定着性はよくなるが、トナ
ー飛散量が多くなったり、コンデンサ容量の増加による
コストアップの問題が生ずる。また、輻射伝熱特有の現
象として、低濃度部や細線のトナー像定着性が甘くなる
傾向がある。これは、トナー粒子が孤立しているほど、
熱損失が大きいためである。また、画像面積率が変化す
ると画像部の受光量が変化するため、定着性も変化する
ことになる。この点については、前記文献１中の３２０
頁の図４．１６７で言及されている。これは、定着面に
入射した光エネルギーの一部が用紙の白色部分で反射さ
れ、再度、反射板から画像面に照射する多重反射状態と
なるためである。即ち、この方式は、非接触で用紙自体
の熱吸収が少なく用紙の温度上昇が僅かであるため、用
紙の皺、カールなどの問題がない利点を持つ反面、トナ
ーの強い粘着力は望めず、画像面積によって定着性が異
なってしまう欠点がある。

【０００８】Ｃ．面状ヒータ方式 別名、雰囲気定着とも称される方式で、面状又はリボン
状のヒータによる熱エネルギーをトナーと用紙とに与え
て定着させる方式である。熱源は、表面温度が３７０〜
３６０℃の範囲で使用される。この方式に関しては、前
記文献１中の３２１頁の図４．１６８に示されている。
この方法は、画像がシャープであるという利点を持つ
が、反面、熱効率が悪いため、装置が大型化してしまう
欠点を有する。

【０００９】Ｄ．定着ローラ方式（加熱・加圧方式） 現在最も多く採用されている熱伝導方式で、低速から高
速まで使用範囲が広いものである。その理由としては、
熱効率が高く、使用温度が１６０〜２００℃と比較的低
く安全性に優れていること、及び、搬送系と定着系とが
一体であるため装置を小型化できることによる。定着に
必要な条件は、温度、時間及び圧力で与えられる。この
方式に関しては、前記文献１中の３２２頁の図４．１６
９に示されている。一般的に、定着面側のローラを内部
から加熱している熱源にはハロゲン棒状ランプが用いら
れ、ローラ全長の温度分布を均一化するようにフィラメ
ントが配置されている。このような定着ローラの温度制
御部材には、一般にサーミスタが用いられ、このサーミ
スタによりヒータをオン・オフさせるようにしている。
この制御範囲は約±３℃で可能とされている。ここに、
低速機ではウォームアップ時間が重要であり３０秒前後
としているため、ローラを薄肉化し熱容量を極力少なく
しているが、高速機では高速連続使用に対して紙幅によ
る温度差拡大を防止するためにローラを厚肉化し軸方向
の熱流抵抗が少なくなるように設計されている。

【００１０】また、接触方式の欠点である皺、カールな
どの問題に対しては、次のような対策が施されている。
まず、皺に関しては、定着ローラを鼓形状とすることに
より防止している。これは、前記文献１中の３２２頁の
図４．１７３でも言及されているように、中央部と端部
とで速度差を生じさせ、用紙を両側に延ばすことによる
効果であるとされている。この他、定着ローラと加圧ロ
ーラとが作るニップ部に対する用紙の進入角や位置を制
御する方法もある。一方、定着後の用紙のカールに関し
ては、用紙の吸脱湿による伸縮現象であり、要因として
用紙の特性も大きいとされている。カールは、特に両面
コピーや自動後処理装置に対して問題となり、デカーリ
ングが必要となる。ここに、加熱による用紙の脱水は用
紙の寸法の収縮となる。収縮量は用紙のすき目方向によ
っても異なるが、多いものでは０．５％程度も長さが変
化してしまうものもある。特に、広幅のコピーの定着で
は、これが皺の原因となるため、ニップ内でこの収縮を
許す低いニップ圧とするのが望ましく、バックアップロ
ーラの硬度を下げる必要がある。ここに、用紙の温度が
下がり、吸湿すれば元の寸法に戻るが、戻る以前に両面
コピーすれば表裏で倍率が異なる状態となってしまうの
で、寸法精度を要するコピー時には注意を要するものと
なる。

【００１１】Ｅ．高周波定着方式 原理的には、家庭用電子レンジのマイクロ波（２，４５
０Ｈｚ）電力を使用する方法であり、前記文献１中の３
２２頁の図４．１７７に示されている。

【００１２】非接触であるため画像がシャープであり、
かつ、立上り時間が短いといった利点を有する反面、商
用電源電圧からマイクロ波への変換効率が７０％程度と
低いため、前述した雰囲気定着方式と同等の熱効率に留
まるものである。

【００１３】Ｆ．圧力定着方式 トナーは圧力感応物質からなり、圧力を加えることによ
り粘度が低下するもので、パラフィン、ワックス、ゴム
状軟質重合体などが挙げられる。このようなトナーに高
圧力を加えることにより粘度を低下させ用紙の繊維中に
入り込ませて定着させるものである。この方式に関して
は、前記文献１中の３２２頁の図４．１７８に示されて
いる。ここに、定着、加圧ローラはともに鋼を熱処理で
硬化させ、表面にクロムめっきを施し、鏡面仕上げした
ものが用いられる。圧力は通常１６〜３０kg／cm程度で
あり、かつ、トナー付着を防止するためにシリコンオイ
ルが微量塗布されている。この圧力定着方式の最大の特
長は、瞬時応答であり、前述した方式のような熱を使用
することによる問題点を全て解決し得る。反面、画像に
光沢が出るとか、定着性が悪いとか、ユニットが重いと
か、用紙の排出時に衝撃音が出るといった欠点がある。

【００１４】Ｇ．溶剤定着方式 溶剤蒸気でトナーの樹脂を溶かして定着する方法であ
り、前記文献１中の３２２頁の図４．１７９に示されて
いる。この方式の場合、装置は２つのゾーンに大別され
ており、下部は定着ゾーン、上部は蒸気回収ゾーンとし
て構成されている。即ち、ヒータで溶剤を蒸気化し、定
着ゾーンの上方にある容器壁の部分に冷却コイルが配設
され、蒸気を回収するようにしている。溶剤は不燃性で
毒性のないもの、例えば、フレオン８５〜９０％、アセ
トン１０〜１５％のものが用いられる。この方式による
と、定着電力が少なく、連続紙を使用する高速機に対応
し得る利点を持つものの、溶剤蒸気漏れ防止のために縦
型として使わざるを得ず、カット紙の使用は困難であ
る。つまり、汎用性に欠けるものである。

【００１５】このように一長一短のある各種定着方式に
おいて現在最も多用されているのが定着ローラ方式（加
熱・加圧方式）であり、熱効率が高く、使用温度が１６
０〜２００℃と比較的低く安全性に優れていること、搬
送系と定着系とが一体であるため装置を小型化できる、
といった長所を持つが、ローラによりトナーに圧力がか
けられるためトナーに光沢が生ずるとともにトナーが圧
力で延展しやすく、解像力を低下させたり、地肌汚れが
目立ちやすい、といった短所もある。

【００１６】このような定着ローラ方式について、その
代表的構成例を示す図４に基づきさらに詳細に検討す
る。基本的に、熱源なるヒータ１を内蔵した定着ローラ
２と、加圧レバー３によりこの定着ローラ２に加圧接触
させた加圧ローラ４とのローラ対を備えた構成とされて
いる。ここに、定着ローラ２は表面にテフロンコートさ
れたものが用いられ、加圧ローラ４は表層にシリコンゴ
ム５を有するものが用いられている。また、定着ローラ
２にトナーのオフセット防止用のオイル（離型剤）を常
時塗布しているタイプでは、オフセットしたトナーをブ
レードで除去した後、オイル塗布フェルト６のパッドで
オイルを塗布し、その塗布量をフッ素ゴムのブレードで
規制している。オイルはオイルタンクよりポンプでオイ
ルパンに供給し、余分なオイルはオーバフローさせてタ
ンクに戻すように構成される。なお、図４中、７は定着
後の転写紙を定着ローラ２から分離する分離爪、８は定
着ローラ２の表面に接してその温度を検出するサーミス
タ、９は定着装置の安全性を確保するための温度ヒュー
ズ、１０は一対の排紙ローラである。一般的に定着面側
に位置する定着ローラ２を内部から加熱するヒータ１に
はハロゲン棒状ランプが用いられ、ローラ全長の温度分
布を均一化するようにフィラメントが配置されている。
ここに、前述したように、低速機ではウォームアップ時
間を短くするためローラを薄肉化し熱容量を極力少なく
しているが、高速機では高速連続使用に対して紙幅によ
る温度差拡大を防止するためにローラを厚肉化し軸方向
の熱流抵抗が少なくなるように設計されている。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】このようにローラ全長
の温度分布の均一化のため、及び、連続かつ高速に定着
を行う際の表面温度の低下を防止するために、定着ロー
ラ２にはある程度以上の熱容量が要求されるが、ローラ
の厚肉化はウォームアップ時間を長くしてしまう上に、
温度系の時間遅れによる制御の困難性を引き起こす。一
般的にはサーモスタットを用いたヒータ１のオン・オフ
により温度制御が行われるが、多量の連続コピーによる
ローラ温度の低下（これはダウンタイム＝機器の使用不
能状態を引き起こす）には対処しきれないのが現状であ
る。また、定着性を高めるために温度の設定を高くする
と熱効率や安全性の低下などの問題が生ずる。

【００１８】ところで、定着に必要な条件は、前述した
ように温度、時間、圧力で与えられることから、ある程
度までの温度バラツキによる定着性の変化は、定着ロー
ラ２２と加圧ローラ４とのニップ圧を適応的に変化させ
ることにより吸収可能であると考えられる（時間を変化
させることも考えられるが、プロセス速度を動的かつ細
かく変化させるのは装置のコスト面などを考慮した場
合、現実的でないのでここでは考えないものとする。ち
なみに、モードによってプロセス速度を２倍、１／２倍
にする、といった機器は存在するが、ここでは、もっと
細かい速度調整を仮定している）。しかし、定着性を高
めるためには圧力を高めたほうがよいが、転写紙の皺や
カールが生じたり、画像品質の低下（トナーに光沢を生
ずる等）などの問題が生ずるため、最適な制御は難しい
ものとなっている。

【００１９】このような点を総合すると、定着ローラ方
式（加熱・加圧方式）の定着装置における定着ローラの
温度及び定着ローラ・加圧ローラ間のニップ圧の制御
は、高精度かつ高品質な画像品質を安定して得る上で非
常に重要な課題といえる。

【００２０】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の電子写真
プロセスを用いた定着装置の制御装置は、熱源を有する
定着ローラとこの定着ローラに加圧接触させた加圧ロー
ラとのローラ対を備えて加熱・加圧方式により画像を画
像支持体上に定着させる電子写真プロセスを用いた定着
装置において、前記定着ローラの温度情報を取得する温
度情報取得手段と、取得された前記温度情報に基づき前
記熱源の必要な発熱量を計算するニューラルネットワー
クを備えてその計算結果に基づき前記熱源の発熱量を制
御する計算制御手段とを設けたものである。

【００２１】請求項２記載の電子写真プロセスを用いた
定着装置の制御装置は、熱源を有する定着ローラとこの
定着ローラに加圧接触させた加圧ローラとのローラ対を
備えて加熱・加圧方式により画像を画像支持体上に定着
させる電子写真プロセスを用いた定着装置において、前
記定着ローラの温度情報を取得する温度情報取得手段
と、前記定着ローラと前記加圧ローラとの間のニップ圧
を可変させるニップ圧可変機構と、取得された前記温度
情報に基づき最適な前記ニップ圧を得るための前記ニッ
プ圧可変機構の駆動量を計算するニューラルネットワー
クを備えてその計算結果に基づき前記ニップ圧を制御す
る計算制御手段とを設けたものである。

【００２２】請求項３記載の電子写真プロセスを用いた
定着装置の制御装置は、熱源を有する定着ローラとこの
定着ローラに加圧接触させた加圧ローラとのローラ対を
備えて加熱・加圧方式により画像を画像支持体上に定着
させる電子写真プロセスを用いた定着装置において、前
記定着ローラの温度情報を取得する温度情報取得手段
と、前記定着ローラと前記加圧ローラとの間のニップ圧
を可変させるニップ圧可変機構と、取得された前記温度
情報に基づき前記熱源の必要な発熱量及び最適な前記ニ
ップ圧を得るための前記ニップ圧可変機構の駆動量を計
算するニューラルネットワークを備えてその計算結果に
基づき前記熱源の発熱量及び前記ニップ圧を制御する計
算制御手段とを設けたものである。

【００２３】請求項４記載の電子写真プロセスを用いた
定着装置の制御装置は、熱源を有する定着ローラとこの
定着ローラに加圧接触させた加圧ローラとのローラ対を
備えて加熱・加圧方式により画像を画像支持体上に定着
させる電子写真プロセスを用いた定着装置において、前
記定着ローラの温度情報を取得する温度情報取得手段
と、前記画像支持体に関する支持体情報を取得する支持
体情報取得手段と、前記定着ローラと前記加圧ローラと
の間のニップ圧を可変させるニップ圧可変機構と、取得
された前記温度情報に基づき前記熱源の必要な発熱量及
び最適な前記ニップ圧を得るための前記ニップ圧可変機
構の駆動量の少なくとも一方を計算するニューラルネッ
トワークを備えてその計算結果に基づき前記熱源の発熱
量及び前記ニップ圧の少なくも一方を制御する計算制御
手段とを設けたものである。

【００２４】請求項５ないし８記載の電子写真プロセス
を用いた定着装置の制御装置は、これらの請求項１ない
し４記載の電子写真プロセスを用いた定着装置の制御装
置におけるニューラルネットワークに代えて、ファジィ
演算手段を設けたものである。

【００２５】

【作用】請求項１記載の電子写真プロセスを用いた定着
装置の制御装置においては、温度情報取得手段により取
得された定着ローラの温度情報に基づきニューラルネッ
トワークで計算された必要な発熱量となるように計算制
御手段によって熱源の発熱量を制御するので、加熱・加
圧方式の定着条件をほぼ最適となるように制御できる。
請求項２記載の電子写真プロセスを用いた定着装置の制
御装置においては、温度情報取得手段により取得された
定着ローラの温度情報に基づきニューラルネットワーク
で最適なニップ圧を得るためのニップ圧可変機構の駆動
量を計算し、ニップ圧可変機構の駆動量を制御すること
でニップ圧を制御するので、加熱・加圧方式の定着条件
をほぼ最適となるように制御できる。特に、多少の温度
低下の場合であればニップ圧を調整することにより対処
可能となり、ダウンタイムを最小限に抑えることができ
る。さらに、請求項３記載の電子写真プロセスを用いた
定着装置の制御装置においては、これらの発熱量とニッ
プ圧との両方を制御するので、加熱・加圧方式の定着条
件をより最適となるように制御できる。また、請求項４
記載の電子写真プロセスを用いた定着装置の制御装置に
おいては、定着ローラの温度情報だけでなく、支持体情
報取得手段により取得された画像支持体に関する支持体
情報も加味して、発熱量とニップ圧を規制する駆動量と
を計算し制御するので、加熱・加圧方式の定着条件がよ
り一層最適となるように制御できる。さらに、これらは
何れも計算手段がニューラルネットワークによるため、
その汎化能力により、より少ない工数で計算手段を構築
できる。

【００２６】請求項５ないし８記載の電子写真プロセス
を用いた定着装置の制御装置においても、各々対応する
請求項１ないし４記載の電子写真プロセスを用いた定着
装置の制御装置による場合の作用が得られる。また、ニ
ューラルネットワークに代えて、ファジィ演算手段を用
いているので、言語的に記述されたルールにより精度の
高い制御が可能となるため、ニューラルネットワークに
よる場合と同様に、より少ない工数で計算手段を構築で
きる。

【００２７】

【実施例】本発明の一実施例を図１ないし図３に基づい
て説明する。図４で示した部分と同一部分は同一符号を
用いて示す。

【００２８】＜総論＞ Ａ．基本構成及びその動作説明 図１に本実施例の加熱・加圧方式の定着装置の基本構成
例を示す。基本的には、図４に示した一般的な加熱・加
圧方式の定着装置構成でよいが、本実施例では、定着ロ
ーラ２（若しくは、その周辺）にその温度情報を取得す
るための温度情報取得手段となる温度センサ１１が設け
られている。また、定着ローラ２と加圧ローラ４との間
のニップ圧を可変させるニップ圧可変機構１２が設けら
れている。さらに、前記温度センサ１１からの温度情報
及びその他の情報に基づき最適なヒータ１の発熱量、及
び、最適なニップ圧を得るために必要な前記ニップ圧可
変機構１２の駆動量のうち、少なくとも一方を計算する
計算制御手段としての計算部１３が設けられている。こ
の他の構成は、図４に示したような一般的構成でよい。
なお、１４はヒータ１に接続されたヒータ駆動部であ
る。

【００２９】ここに、ニップ圧可変機構１２について
は、定着ローラ２、加圧ローラ４の何れか一方、又は両
方に、圧力を可変させる機構を持たせることが考えられ
るが、本質的な違いはないので、本実施例では説明を簡
単にするため、図示の如く、加圧ローラ４側のみにその
圧力を調整する機構を設けたものとして説明する。ま
た、ニップ圧可変機構１２の機構自体は、モータ等によ
り機械的に駆動させる構成のもの、電磁気的に圧力を変
化させる構成のもの、アクチュエータ等を用いた構成の
もの、及び、これらの組み合わせ構成としたもの等、種
々考えられるが。これらの違いは本発明において本質的
な違いではなく、適宜構成を採用し得る。

【００３０】ちなみに、本実施例では計算部１３側から
の駆動量信号に基づき所望のトルクを発生させる駆動装
置１５を用いてギア、テコなどの機械的手段により加圧
ローラ４を定着ローラ２側に押しつける構成とされてい
る。即ち、駆動装置１５は計算部１３からの駆動量信号
に従い所望のトルクを発生させ、その軸上に設けたギア
１６に噛合するウォームギア１７を含む作動体１８を介
してその力を加圧レバー３に伝達するように構成されて
いる。この加圧レバー３は支点１９を中心に回動自在に
設けられ、かつ、ばね２０により加圧力解除方向に付勢
されたものであり、作動体１８との関係においてはテコ
の役割を果たし、ばね２０に抗した作動体１８の位置に
応じて加圧ローラ４を定着ローラ２に押しつけるもので
ある。このような動作に基づきニップ圧が変化する。

【００３１】また、定着ローラ２に内蔵されたヒータ１
はヒータ駆動部１４によりオン・オフ制御又は発熱量が
増減制御されるものであり、温度センサ１１はこのよう
な状況下での定着ローラ２における温度を計測して温度
情報として計算部１３に出力するものである。前記ヒー
タ駆動部１４は計算部１３から発せられた駆動量信号に
基づき所望の発熱量をヒータ１から発生させるものであ
る。

【００３２】計算部１３は温度センサ１１からの温度情
報、及び、必要であれば当該画像形成装置の中央演算装
置（本実施例の定着装置が内蔵されている複写機、プリ
ンタ或いはファクシミリ等の画像形成装置を統括的に制
御する装置）より各種情報、各種制御信号を受け取り、
ヒータ１の発熱量及び加圧ローラ４の駆動量（必要なト
ルクの発生量）を計算し、ヒータ駆動部１４及びニップ
圧可変機構１２の駆動装置１５に必要な駆動量信号を送
出するものである。このような計算部１３の実現方法
は、専用のハードウェアを用意する方法、専用のプロセ
ッサとファームウェアとを用意する方法、中央演算装置
のタスクの一つとしてソフトウェア的に実現する方法等
が考えられるが、本質的な動作に違いはないので、本実
施例での説明では中央演算装置とは分離した独立の処理
部構成によるものとする。

【００３３】Ｂ．計算部の構成例 このような計算部１３は、例えば、図２に示すように、
入出力管理部２１と計算エンジン２２と制御部２３とに
より構成されている。入出力管理部２１は計算に必要な
各情報を外部から受け取るとともに計算結果等を外部に
出力し、さらには、制御部２３との間で制御信号を送受
することにより、計算部１３の外部・内部間のインタフ
ェース機能を果たすものである。この際、必要であれ
ば、制御信号やデータラッチやアナログ・デジタル変換
等のデータ加工が行われる。入力情報としては温度セン
サ１１からの定着ローラ温度情報があり、出力情報とし
てはヒータ駆動部１４に対するヒータ駆動量信号、駆動
装置１５に対する加圧ローラ駆動量信号がある。また、
機器のシステムバス２４を通して画像形成装置の中央演
算装置と接続されており、計算に必要なデータ及びプロ
セスのタイミング信号やリセット信号等の制御信号を得
る一方、計算部１３のステータス（演算エラー等）を中
央演算装置に通知し得るように構成されている。ちなみ
に、温度情報及び各駆動量信号についてもシステムバス
２４を介して入出力させるように構成することはもちろ
ん可能であるが、本質的な違いはないので、本実施例で
は図２に例示した構成によるものとする。また、請求項
４，８記載の発明の場合の画像支持体情報のように、計
算に用いる情報を拡張する場合においても、基本的に
は、入出力管理部２１を通して入出力が行われるものと
する。

【００３４】計算エンジン２２は制御部２３からの制御
信号に基づき入出力管理部２１から必要なデータを受け
取り、最適なヒータ１の発熱量及び加圧ローラ４の駆動
竜とを算出する計算を行い、計算結果を入出力管理部２
１へ送出するものである。このような計算エンジンはニ
ューラルネットワーク構成としたもの（請求項１ないし
４記載の発明に相当）、或いは、ファジィ演算手段を用
いたもの（請求項５ないし８記載の発明に相当）、又
は、これらを組み合わせたものなどが考えられる。ま
た、計算エンジン２２の実装方法としては、専用ハード
ウェアを用いる方法（ニューロチップやファジィ演算チ
ップを利用）、マイクロプロセッサとメモリとを用いて
ソフトウェア的に実現する方法などが考えられるが、何
れの方式であってもよい。

【００３５】制御部２３は計算部１３全体を制御する。
即ち、入出力管理部２１を通して受け取った制御信号に
基づきプロセスと同期をとりつつ所定のタイミングで入
出力及び計算が行われるように入出力管理部２１及び計
算エンジン２２を制御する。その他、計算部１３全体を
監視し、計算部１３のステータス（演算エラー等）を中
央演算装置に通知する役目も担う。

【００３６】Ｃ．ニューラルネットワーク構成の計算エ
ンジン 計算エンジン２２に用いられるニューラルネットワーク
２５は、例えば、図３に例示するように複数のニューロ
ン２６を入力層、中間層、出力層に渡って順次接続した
階層型モデルとして構成される。このニューラルネット
ワーク２５では入力層に入力されるパラメータとして、
温度情報パラメータ、湿度情報パラメータ、現在のヒー
タ発熱量情報パラメータ、連続出力枚数パラメータ、紙
サイズ情報パラメータなどが適宜取捨選択自在に用意さ
れている。また、出力層から出力されるパラメータとし
ては、ヒータ発熱量パラメータと加圧ローラ駆動量パラ
メータとが適宜取捨選択自在に用意されている。ここ
に、２つのニューラルネットワークを別個に設け、ヒー
タ発熱量パラメータと加圧ローラ駆動量パラメータとを
各々別のニューラルネットワークから出力させるように
計算エンジン２２を構成することも可能であるが、本質
的な違いはないので、本実施例では、図３に例示するよ
うに１つのニューラルネットワーク２５から２つのパラ
メータを出力し得る構成によるものとする。

【００３７】ここに、各入力情報は入出力管理部２１又
は計算エンジン２２内で予めニューラルネットワーク２
５に入力可能なパラメータに変換（正規化処理など）さ
れているものとする。また、ニューラルネットワーク２
５自体は各入力パラメータについて予め実験等により得
られた最適なヒータ発熱量及び加圧ローラ駆動量を教師
値として、所定の学習方法（例えば、一般的な誤差逆伝
播学習法）により学習済みであるとする。このようなニ
ューラルネットワーク２５に入力された各パラメータは
実際のヒータ発熱量及び加圧ローラ駆動量を表す値に変
換され入出力管理部２１へ送出される。

【００３８】ニューラルネットワーク２５への入力デー
タとしては、例えば、以下のようなものが考えられる。 温度情報；温度センサ１１によつて得られる温度情報に
よりヒータ発熱量が増減される。また、定着ローラ２の
熱容量が大きいと、ヒータ１の発熱量を変化させても直
ぐには定着温度が所望の値とはならないことから、ニッ
プ圧が増減されて定着性の補正が行われる。 湿度情報；湿度センサ（図示せず）によって得られる湿
度情報により、転写紙（画像支持体）２７の定着性等の
湿度による変化の補正が行われる。 現在のヒータ発熱量情報；現在のヒータ出力をフィード
バックすることにより、外乱に対しても、より速い定着
温度の収束が期待できる。 連続出力枚数情報，紙サイズ情報；これらの操作パネル
（図示せず）上の情報は、中央演算装置を通じて得るも
のであり、連続出力枚数が多かったり紙サイズが大きい
場合には、通常よりも急激な定着温度の低下が起こり得
ることから、予めヒータ１の発熱量が高く設定される。
これにより、安定した定着性が得られる。

【００３９】画像支持体情報；転写紙２７などの画像支
持体の違いにより定着性は大きく異なることから、定着
温度やニップ圧の最適値は画像支持体の種類に依存す
る。例えば、普通紙に比べてＯＨＰ用紙は定着性が悪い
ので、より高い定着温度とニップ圧が必要となる。ま
た、葉書などの厚紙の場合にはその厚みのためにニップ
圧が高くなるので自ずと定着性は変化するとともに、所
望のニップ圧を得るために駆動装置１５で発生させるべ
きトルクも変化する。そこで、請求項４，８記載の発明
では、このような画像支持体の情報も、ヒータ発熱量や
加圧ローラ駆動量を計算するのに用いるようにしている
ものである。このような画像支持体に関する情報の取得
は、中央演算装置を介して機器の操作パネル等により入
力されるモード情報（ＯＨＰ用紙モード、厚紙モード
等）を利用する方法や、画像支持体の搬送系にセンサ
（厚紙センサによる紙厚判定、フォトセンサによるＯＨ
Ｐシートの判定）を設けて自動的に検出する方法等があ
るが、何れの方法であってもよい。

【００４０】Ｄ．ファジィ演算手段による計算エンジン ファジィ演算手段を用いた計算エンジン２２の場合、特
に図示しないが、内部にファジィ演算装置、及び、この
ファジィ演算装置を駆動させるのに必要なルール、メン
バシップ関数のメモリ等の機構を備えて構成される。フ
ァジィ演算装置には、入出力管理部２１から送られてく
る各情報を入力とし、ヒータ発熱量、加圧ローラ駆動量
を生成するためのルールと、各入出力情報をファジィ化
／非ファジィ化するためのメンバシップ関数が、実験等
により作成されて、予めメモリに蓄える方法等により組
み込まれているものとする。

【００４１】演算のためのルールは、例えば、「もし、
温度が目標より少し低く、かつ、現在のヒータ１の発熱
量がかなり大きければ、ニップ圧（加圧ローラ駆動量）
を少し高める。」とか、「画像支持体がＯＨＰ用紙であ
れば、ヒータ１の温度を少し上げ、加圧ローラ駆動量を
少し減ずる。」とか、「連続出力枚数がかなり多けれ
ば、ヒータ１の発熱量を少し増加させる。」等のよう
に、言語的に記述されたものから生成される。

【００４２】ファジィ演算装置への入力情報は、基本的
に、ニューラルネットワーク２５を用いた計算エンジン
２２の場合と同様である。

【００４３】Ｅ．実施例上の利点 第１に、よりきめの細かい定着条件のコントロールが可
能となる。即ち、定着ローラ２を利用して加熱・加圧方
式で定着を行う定着装置において、従来は一定であった
定着条件が、定着部温度、連続コピー枚数、用紙サイ
ズ、紙の種類などの様々な情報に基づきヒータ１の発熱
量及びローラ２，４間のニップ圧を変化させているの
で、定着条件をほぼ最適に制御することが可能となる。
よって、より高精度な定着装置を実現できる。

【００４４】第２に、ダウンタイムを減少させることが
できる。即ち、従来の高速複写機等においては、短時間
に大量の紙が通り過ぎることにより定着ローラの熱が奪
われ、定着部の温度が回復するまで装置を休止させなけ
ればならなかったが（ダウンタイムの発生）、多少の温
度低下であれば、ニップ圧を可変調整することで対処可
能となるので、ダウンタイムを最小限に抑えることがで
きる。

【００４５】第３に、省エネルギー化を図ることができ
る。加熱・加圧方式の定着装置では、加熱のためのヒー
タ１を必要とするため、多くの電力を必要とし、熱制御
の悪さによる多くの熱損失は電力の浪費を引き起こすも
のとなるが、環境の変化に対して追従性のよい定着装置
を実現しているので、最小限の電力で効率よく定着を行
わせることが可能となり、省電力化が期待できる。

【００４６】第４に、開発期間及びコストを低減でき
る。例えば、計算エンジン２２にニューラルネットワー
ク２５を用いた場合であれば、その汎化能力により、よ
り少ない工数で計算部１３を構築できる。また、計算エ
ンジン２２にファジィ演算手段を用いた場合であれば、
言語的に記述されたルールにより精度の高い制御が可能
となるため、ニューラルネットワークによる場合と同様
に、より少ない工数で満足し得る精度を持った計算部１
３を構築することができる。即ち、ニューラルネットワ
ーク２５による場合も、ファジィ演算手段による場合
も、各入力パラメータについての、より少ない組み合わ
せから計算機能を実現できるものである。これは、同一
の機能を表参照（テーブルルックアップ）方式などで実
現しようとした場合、各パラメータについてのあらゆる
組み合わせについて実験を行わなければならない（膨大
な実験）上に、装置内に膨大な量のテーブルを保持しな
ければならないことと対比すると、開発期間及びそのコ
ストを大幅に低減させ得ることが分かる。

【００４７】＜各論＞各請求項記載の発明を実現する上
で、必ずしも、総論で説明した事項中の全てを必要とす
るものではないので、各請求項記載の発明毎に、その構
成及び動作の特徴を以下に簡単に説明する。なお、特に
言及しない事項については、総論で説明した構成等に準
ずるものとする。

【００４８】Ａ．請求項１記載の発明に関して。 図１及び図２に示した基本構成において、定着ローラ２
の温度制御のみを行う構成とされる。つまり、ニップ圧
制御のための駆動装置１５及び周辺機器を必須の構成要
件として持たず、これらの部分に関しては、単に図４等
で例示した一般的加圧構成でもよいものとするものであ
る。また、計算部１３ではヒータ１の発熱量のみを計算
するものとされる。その中の計算エンジン２２は図３に
例示したようなニューラルネットワーク２５によるもの
とされる。ただし、出力としてはヒータ発熱量パラメー
タを出力し得れば十分である。

【００４９】Ｂ．請求項２記載の発明に関して。 図１及び図２に示した基本構成において、ローラ２，４
間のニップ圧の制御のみを行う構成とされる。つまり、
ヒータ制御のための周辺機構は必須の構成要件として持
たず、これらの部分に関しては、単に図４等で例示した
一般的ヒータ制御構成でもよいものとするものである。
また、計算部１３では加圧ローラ駆動量のみを計算する
ものとされる。その中の計算エンジン２２は図３に例示
したようなニューラルネットワーク２５によるものとさ
れる。ただし、出力としては加圧ローラ駆動量パラメー
タを出力し得れば十分である。

【００５０】Ｃ．請求項３記載の発明に関して。 図１及び図２に示した基本構成と同様の構成とされる。
つまり、ヒータ制御及びローラ２，４間のニップ圧の制
御のための構成を必須とするものである。そして、計算
エンジン２２は図３に例示したようなニューラルネット
ワーク２５によるものとされる。

【００５１】Ｄ．請求項４記載の発明に関して。 図１及び図２に示した基本構成と同様の構成とされる。
つまり、ヒータ制御及びローラ２，４間のニップ圧の制
御のための構成を必須とするものである。そして、計算
エンジン２２は図３に例示したようなニューラルネット
ワーク２５によるものとされる。さらに、これらの制御
のために、画像支持体に関する情報を用いるものとされ
る。

【００５２】Ｅ．請求項５記載の発明に関して。 上記Ａの請求項１記載の発明に関する記述において、計
算エンジン２２がファジィ演算手段によるものとされ
る。この他は、上記Ａの請求項１記載の発明に関する記
述通りとされる。

【００５３】Ｆ．請求項６記載の発明に関して。 上記Ｂの請求項２記載の発明に関する記述において、計
算エンジン２２がファジィ演算手段によるものとされ
る。この他は、上記Ｂの請求項２記載の発明に関する記
述通りとされる。

【００５４】Ｇ．請求項７記載の発明に関して。 上記Ｃの請求項３記載の発明に関する記述において、計
算エンジン２２がファジィ演算手段によるものとされ
る。この他は、上記Ｃの請求項３記載の発明に関する記
述通りとされる。

【００５５】Ｈ．請求項８記載の発明に関して。 上記Ｄの請求項４記載の発明に関する記述において、計
算エンジン２２がファジィ演算手段によるものとされ
る。この他は、上記Ｄの請求項４記載の発明に関する記
述通りとされる。

【００５６】

【発明の効果】本発明は、上述したように構成したの
で、請求項１記載の電子写真プロセスを用いた定着装置
の制御装置によれば、温度情報取得手段により取得され
た定着ローラの温度情報に基づきニューラルネットワー
クで計算された必要な発熱量となるように計算制御手段
によって熱源の発熱量を制御することにより、加熱・加
圧方式の定着条件をほぼ最適となるように制御でき、ま
た、請求項２記載の電子写真プロセスを用いた定着装置
の制御装置によれば、温度情報取得手段により取得され
た定着ローラの温度情報に基づきニューラルネットワー
クで最適なニップ圧を得るためのニップ圧可変機構の駆
動量を計算し、ニップ圧可変機構の駆動量を制御するこ
とでニップ圧を制御することにより、加熱・加圧方式の
定着条件をほぼ最適となるように制御でき、特に、多少
の温度低下の場合であればニップ圧を調整することによ
り対処可能となり、ダウンタイムを最小限に抑えること
ができ、さらに、請求項３記載の電子写真プロセスを用
いた定着装置の制御装置によれば、これらの発熱量とニ
ップ圧との両方を制御することにより、加熱・加圧方式
の定着条件をより最適となるように制御でき、また、請
求項４記載の電子写真プロセスを用いた定着装置の制御
装置によれば、定着ローラの温度情報だけでなく、支持
体情報取得手段により取得された画像支持体に関する支
持体情報も加味して、発熱量とニップ圧を規制する駆動
量とを計算し制御することにより、加熱・加圧方式の定
着条件がより一層最適となるように制御できるものとな
る。さらに、これらは何れも計算手段をニューラルネッ
トワーク構成としてしているので、その汎化能力によ
り、より少ない工数で計算手段を構築することができ
る。

【００５７】請求項５ないし８記載の電子写真プロセス
を用いた定着装置の制御装置においても、各々対応する
請求項１ないし４記載の電子写真プロセスを用いた定着
装置の制御装置による場合の効果が得られものとなり、
また、ニューラルネットワークに代えて、ファジィ演算
手段を用いるようにしたので、言語的に記述されたルー
ルにより精度の高い制御が可能となるため、ニューラル
ネットワークによる場合と同様に、より少ない工数で計
算手段を構築することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す定着装置を主体とした
概略構成図である。

【図２】計算部の構成例を示すブロック図である。

【図３】ニューラルネットワーク構成の計算エンジン例
を示す模式図である。

【図４】従来例を示す定着装置の断面構成図である。

【符号の説明】

１ 熱源 ２ 定着ローラ ４ 加圧ローラ １１ 温度情報取得手段 １２ ニップ圧可変機構 １３ 計算制御手段 ２５ ニューラルネットワーク ２７ 画像支持体

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 熱源を有する定着ローラとこの定着ロー
   ラに加圧接触させた加圧ローラとのローラ対を備えて加
   熱・加圧方式により画像を画像支持体上に定着させる電
   子写真プロセスを用いた定着装置において、前記定着ロ
   ーラの温度情報を取得する温度情報取得手段と、取得さ
   れた前記温度情報に基づき前記熱源の必要な発熱量を計
   算するニューラルネットワークを備えてその計算結果に
   基づき前記熱源の発熱量を制御する計算制御手段とを設
   けたことを特徴とする電子写真プロセスを用いた定着装
   置の制御装置。
2. 【請求項２】 熱源を有する定着ローラとこの定着ロー
   ラに加圧接触させた加圧ローラとのローラ対を備えて加
   熱・加圧方式により画像を画像支持体上に定着させる電
   子写真プロセスを用いた定着装置において、前記定着ロ
   ーラの温度情報を取得する温度情報取得手段と、前記定
   着ローラと前記加圧ローラとの間のニップ圧を可変させ
   るニップ圧可変機構と、取得された前記温度情報に基づ
   き最適な前記ニップ圧を得るための前記ニップ圧可変機
   構の駆動量を計算するニューラルネットワークを備えて
   その計算結果に基づき前記ニップ圧を制御する計算制御
   手段とを設けたことを特徴とする電子写真プロセスを用
   いた定着装置の制御装置。
3. 【請求項３】 熱源を有する定着ローラとこの定着ロー
   ラに加圧接触させた加圧ローラとのローラ対を備えて加
   熱・加圧方式により画像を画像支持体上に定着させる電
   子写真プロセスを用いた定着装置において、前記定着ロ
   ーラの温度情報を取得する温度情報取得手段と、前記定
   着ローラと前記加圧ローラとの間のニップ圧を可変させ
   るニップ圧可変機構と、取得された前記温度情報に基づ
   き前記熱源の必要な発熱量及び最適な前記ニップ圧を得
   るための前記ニップ圧可変機構の駆動量を計算するニュ
   ーラルネットワークを備えてその計算結果に基づき前記
   熱源の発熱量及び前記ニップ圧を制御する計算制御手段
   とを設けたことを特徴とする電子写真プロセスを用いた
   定着装置の制御装置。
4. 【請求項４】 熱源を有する定着ローラとこの定着ロー
   ラに加圧接触させた加圧ローラとのローラ対を備えて加
   熱・加圧方式により画像を画像支持体上に定着させる電
   子写真プロセスを用いた定着装置において、前記定着ロ
   ーラの温度情報を取得する温度情報取得手段と、前記画
   像支持体に関する支持体情報を取得する支持体情報取得
   手段と、前記定着ローラと前記加圧ローラとの間のニッ
   プ圧を可変させるニップ圧可変機構と、取得された前記
   温度情報に基づき前記熱源の必要な発熱量及び最適な前
   記ニップ圧を得るための前記ニップ圧可変機構の駆動量
   の少なくとも一方を計算するニューラルネットワークを
   備えてその計算結果に基づき前記熱源の発熱量及び前記
   ニップ圧の少なくも一方を制御する計算制御手段とを設
   けたことを特徴とする電子写真プロセスを用いた定着装
   置の制御装置。
5. 【請求項５】 熱源を有する定着ローラとこの定着ロー
   ラに加圧接触させた加圧ローラとのローラ対を備えて加
   熱・加圧方式により画像を画像支持体上に定着させる電
   子写真プロセスを用いた定着装置において、前記定着ロ
   ーラの温度情報を取得する温度情報取得手段と、取得さ
   れた前記温度情報に基づき前記熱源の必要な発熱量を計
   算するファジィ演算手段を備えてその計算結果に基づき
   前記熱源の発熱量を制御する計算制御手段とを設けたこ
   とを特徴とする電子写真プロセスを用いた定着装置の制
   御装置。
6. 【請求項６】 熱源を有する定着ローラとこの定着ロー
   ラに加圧接触させた加圧ローラとのローラ対を備えて加
   熱・加圧方式により画像を画像支持体上に定着させる電
   子写真プロセスを用いた定着装置において、前記定着ロ
   ーラの温度情報を取得する温度情報取得手段と、前記定
   着ローラと前記加圧ローラとの間のニップ圧を可変させ
   るニップ圧可変機構と、取得された前記温度情報に基づ
   き最適な前記ニップ圧を得るための前記ニップ圧可変機
   構の駆動量を計算するファジィ演算手段を備えてその計
   算結果に基づき前記ニップ圧を制御する計算制御手段と
   を設けたことを特徴とする電子写真プロセスを用いた定
   着装置の制御装置。
7. 【請求項７】 熱源を有する定着ローラとこの定着ロー
   ラに加圧接触させた加圧ローラとのローラ対を備えて加
   熱・加圧方式により画像を画像支持体上に定着させる電
   子写真プロセスを用いた定着装置において、前記定着ロ
   ーラの温度情報を取得する温度情報取得手段と、前記定
   着ローラと前記加圧ローラとの間のニップ圧を可変させ
   るニップ圧可変機構と、取得された前記温度情報に基づ
   き前記熱源の必要な発熱量及び最適な前記ニップ圧を得
   るための前記ニップ圧可変機構の駆動量を計算するファ
   ジィ演算手段を備えてその計算結果に基づき前記熱源の
   発熱量及び前記ニップ圧を制御する計算制御手段とを設
   けたことを特徴とする電子写真プロセスを用いた定着装
   置の制御装置。
8. 【請求項８】 熱源を有する定着ローラとこの定着ロー
   ラに加圧接触させた加圧ローラとのローラ対を備えて加
   熱・加圧方式により画像を画像支持体上に定着させる電
   子写真プロセスを用いた定着装置において、前記定着ロ
   ーラの温度情報を取得する温度情報取得手段と、前記画
   像支持体に関する支持体情報を取得する支持体情報取得
   手段と、前記定着ローラと前記加圧ローラとの間のニッ
   プ圧を可変させるニップ圧可変機構と、取得された前記
   温度情報に基づき前記熱源の必要な発熱量及び最適な前
   記ニップ圧を得るための前記ニップ圧可変機構の駆動量
   の少なくとも一方を計算するファジィ演算手段を備えて
   その計算結果に基づき前記熱源の発熱量及び前記ニップ
   圧の少なくも一方を制御する計算制御手段とを設けたこ
   とを特徴とする電子写真プロセスを用いた定着装置の制
   御装置。